新型低成本卫星三轴姿态分时解耦高复用喷气控制方法技术

本发明专利技术公开了一种新型低成本卫星三轴姿态分时解耦高复用喷气控制方法，包括如下步骤：通过对4台推力器进行布局设计，实现在低成本简易配置条件下，卫星具备三轴控制力矩输出能力；建立从三轴指令控制力矩至4台推力器脉冲宽度的力矩分配脉宽调制算法，将指令力矩转化为具体的喷气脉冲；在4台推力器输出三轴控制力矩存在高复用强耦合的条件下，建立分时三轴分时解耦喷气控制算法，实现三轴的解耦控制。本发明专利技术通过4台推力器布局设计，建立了从三轴指令控制力矩至4台推力器脉冲宽度的力矩分配脉宽调制算法，提出了分时三轴分时解耦喷气控制算法，实现了三轴控制力矩存在高复用强耦合条件下的三轴的解耦控制，满足了卫星三轴控制力矩输出能力和低成本姿态喷气控制任务需求。

【技术实现步骤摘要】
新型低成本卫星三轴姿态分时解耦高复用喷气控制方法
本专利技术涉及空间飞行器动力学与控制技术，具体地，涉及新型低成本卫星三轴姿态分时解耦高复用喷气控制方法。
技术介绍
近年来，各类低成本小卫星发展势头迅猛。一般而言，卫星在轨的长期控制选用反作用飞轮、动量轮、磁力矩器等作为执行机构。但是，该类角动量装置由于输出力矩小，控制响应较慢。在入轨初期，需通过快速响应的喷气控制系统快速消除分离角速度并完成太阳捕获，以保证星上能源供给。因此，亟需一种低成本简易配置的喷气控制系统用于卫星的姿态控制。通过简易配置(仅包含4台推力器)喷气控制系统的布局设计，可在保证三轴控制能力的同时，大幅降低卫星内部管路和阀门等配置数量，从而实现压缩成本的目的。此外，还可以增加卫星内部可用空间，减小推力器羽流的影响区域，为卫星任务设计提供更多的布局资源。提出采用4台推力器实现低成本卫星三轴姿态分时解耦高复用喷气控制。4台推力器组成的喷气控制系统具有三轴控制耦合程度高、对同一推力器的复用率高等特点，传统的控制算法设计无法正常输出控制力矩，而使姿态发散。因此，必须设计合适的解耦控制算法，人为实现解耦控制，保证在低成本简易配置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型低成本卫星三轴姿态分时解耦高复用喷气控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：通过对4台推力器进行布局设计，实现在低成本简易配置条件下，卫星具备三轴控制力矩输出能力；步骤2：建立从三轴指令控制力矩至4台推力器脉冲宽度的力矩分配脉宽调制算法，将指令力矩转化为具体的喷气脉冲；步骤3：在4台推力器输出三轴控制力矩存在高复用强耦合的条件下，建立分时三轴分时解耦喷气控制算法，实现三轴的解耦控制。

【技术特征摘要】
1.一种新型低成本卫星三轴姿态分时解耦高复用喷气控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：通过对4台推力器进行布局设计，实现在低成本简易配置条件下，卫星具备三轴控制力矩输出能力；步骤2：建立从三轴指令控制力矩至4台推力器脉冲宽度的力矩分配脉宽调制算法，将指令力矩转化为具体的喷气脉冲；步骤3：在4台推力器输出三轴控制力矩存在高复用强耦合的条件下，建立分时三轴分时解耦喷气控制算法，实现三轴的解耦控制。2.根据权利要求1所述的新型低成本卫星三轴姿态分时解耦高复用喷气控制方法，其特征在于，所述步骤1中4台推力器根据推力器羽流影响区域最小及对星载光学视场无干涉设计约束，进行高复用喷气控制布局设计，保证卫星具备三轴控制力矩输出能力，给出三轴控制推力器组合和推力器在卫星机械坐标系下的安装位置和安装角。3.根据权利要求1所述的新型低成本卫星三轴姿态分时解耦高复用喷气控制方法，其特征在于，所述步骤2中根据三轴控制推力器组合、推力器在卫星机械坐标系下的安装位置和安装角信息以及卫星质心在机械坐标系的位置建立绕卫星三轴的指令力矩和控制力矩平衡方程；具体的：设T+x为绕X轴正向力矩，T-x为绕X轴负向力矩，T+y为绕Y轴正向力矩，T-y为绕Y轴负向力矩，T+z为绕Z轴正向力矩，T-z为绕Z轴负向力矩，FA1、FA2、FA3、FA4为推力器A1～A4的推力矢量，LA1、LA2、LA3、LA4为推力器A1～A4相对卫星质心的位置矢量，则有三轴正反控制力矩如下：根据指令控制力矩，逐个进行力矩解算：①当收到指令力矩时，推力器A4工作，产生绕+Xb的控制力矩，同时将产生绕-Yb的干扰力矩，需通过A2、A3同时工作将其抵消，即其中，LAi_j表示第i台推力器位置矢量的j向分量；由于A2、A3推力相等，可得②当收到指令力矩时，推力器A1工作，产生绕-Xb的控制力矩，同时将产生绕-Yb的干扰力矩，需通过A2、A3同时工作抵消，即由于A2、A3推力相等，可得③当收到指令力矩时，推力器A2、A3工作，产生绕+Yb的控制力矩，即由于A2、A3推力相等，可得④当收到指令力矩时，推力器A1、A4工作，产生绕-Yb的控制力矩，即由于A1、A4推力相等，可得⑤当收到指令力矩时，推力器A3、A1、A4工作，A3产生绕+Zb的控制力矩，同时产生绕+Xb、+Yb的干扰力矩，此时需要A1工作抵消绕+Xb的干扰力矩，A1、A4同时工作抵消绕+Yb的干扰力矩，即其中，表示推力器A1为抵消+Xb向干扰力矩而产生的推力，表示推力器A1为抵消+Yb向干扰力矩而产生的推力，表示推力器A4为抵消+Yb向干扰力矩而产生的推力，解方程，可得从而可得⑥当收到指令力矩时，推力器A2、A1、A4工作，A2产生绕-Zb的控制力矩，同时产生绕-Xb、+Yb的干扰力矩，此时需要A4工作抵消绕-Xb的干扰力矩，A1、A4同时工作抵消绕+Yb的干扰力矩，即其中，表示推力器A4为抵消-Xb向干扰力矩而产生的推力，表示推力器A1为抵消+Yb向干扰力矩而产生的推力，表示推力器A4为抵消+Yb向干扰力矩而产生的推力，解方程，可得从而可得4.根据权利要求1所述的新型低成本卫星三轴姿态分时...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪振强，宋效正，边志强，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31